CN212517543U - 一种基于ad9361的车载圆柱组合圆顶形的dbf数字阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于AD9361的车载圆柱组合圆顶形的DBF数字阵列天线，包括圆顶和圆柱组合的天线本体，圆顶和圆柱的表面均匀设置有阵列天线单元；阵列天线单元与AD9361模块连接，AD9361模块连接至FPGA数字逻辑处理模块，FPGA数字逻辑处理模块连接至数字波束合成模块；阵列天线单元、AD9361模块、FPGA数字逻辑处理模块分别与一主控模块连接，主控模块配置有时钟模块，本方案利用圆顶形+圆柱组合的阵列天线结构方式在实现全空域探测同时，保证了低仰角高增益，利用全数字波束合成（DBF）体制实现对接收灵活多波束，且通过引入高性能、高集成度的射频（RF）捷变收发器AD9361简化射频链路，降低了系统设计成本和体积，提高了系统集成度。

Description

一种基于AD9361的车载圆柱组合圆顶形的DBF数字阵列天线

技术领域

本实用新型涉及天线领域，具体涉及一种基于AD9361的车载圆柱组合圆顶形的DBF数字阵列天线。

背景技术

近几年，随着我国卫星通信技术以及航空航天事业的高速发展，包括像嫦娥号天宫号、天舟号、萤火号等空间探测器以及北斗卫星等飞行器数量的急剧增加，全空域多目标探测成为该领域的一个非常突出和关键的问题。目前国内在探测通信领域中能够实现全空域（方位0°~360°，俯仰-20°~90°）内，对多个目标进行探测并进行通信的系统非常少。

《电波科学学报》（Vol.33,NO.3,June ,2018）中刊登了一篇《一种DBF体制卫星接收共形相控阵天线》，公开了一种DBF体制的卫星接收共形相控阵天线，采用的天线结构为圆顶形，扫描空域为-75°~+75°范围，由于其天线结构限制，在低仰角时，天线很难实现高增益，且不能覆盖360°全空域探测。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于AD9361的车载圆柱组合圆顶形的DBF数字阵列天线，利用圆顶形+圆柱组合的阵列天线结构方式在实现全空域（方位0°~360°，俯仰-20°~90°）探测同时，保证了低仰角高增益，利用全数字波束合成（DBF）体制实现对接收灵活多波束，且通过引入高性能、高集成度的射频（RF）捷变收发器AD9361简化射频链路，降低了系统设计成本和体积，提高了系统集成度。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于AD9361的车载圆柱组合圆顶形的DBF数字阵列天线，包括：

圆顶和圆柱组合的天线本体，其中圆顶位于圆柱顶部，所述圆顶和圆柱的表面均匀设置有阵列天线单元；

所述阵列天线单元与AD9361模块连接，AD9361模块连接至FPGA数字逻辑处理模块，FPGA数字逻辑处理模块连接至数字波束合成模块；

所述阵列天线单元、AD9361模块、FPGA数字逻辑处理模块分别与一主控模块连接，所述主控模块配置有时钟模块。

进一步的，所述圆顶和圆柱之间通过螺钉固定。

进一步的，所述圆柱底部设置有散热口和散热风扇。

进一步的，所述阵列天线单元的连接线缆由圆柱底部引出。

进一步的，所述圆顶和圆柱尺寸相同，使得其对接处顺滑连接。

进一步的，所述FPGA数字逻辑处理模块与数字波束合成模块之间通过高速数字光纤接口连接完成数据传输。

进一步的，所述阵列天线单元包括天线阵、R组件和本振和校准功分网络，所述天线阵、R组件、本振和校准功分网络顺次连接，所述本振和校准功分网络连接至AD9361模块。

本实用新型的有益效果是： 本方案充分考虑了现有球形DBF的不足，即在低仰角时天线增益受限，因此通过反复设计工程验证，在圆顶形天线单元下半部加入一段与半球形相同直径的圆柱面，使圆柱面上均匀分布阵列单元，这样一来既能保证360°全空域覆盖，又能保证系统工作在低仰角时，接收系统具有较高的天线增益。同时通过加入DBF模块，可以灵活实现接收单个或者同时多个波束形成，保证系统可以同时对多个探测目标的跟踪。另外，由于DBF天线阵列单元数量通常在几百甚至上千个，因此其处理的数据量会非常大，为此本系统设计时采用高速光纤数字接口进行数据传输，同时将DBF模块设计运行于服务器上，这样能够实时处理Gbps级的数据。

附图说明

图1是本实用新型的硬件结构示意图；

图2是本实用新型天线系统工作原理框图；

图中，1-圆顶，2-圆柱，3-阵列天线单元，4-散热口，5-散热风扇，6-连接线缆。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于AD9361的车载圆柱组合圆顶形的DBF数字阵列天线，包括：

圆顶1和圆柱2组合的天线本体，其中圆顶1位于圆柱2顶部，圆顶1和圆柱2的表面均匀设置有阵列天线单元3；

阵列天线单元3与AD9361模块连接，AD9361模块连接至FPGA数字逻辑处理模块，FPGA数字逻辑处理模块连接至数字波束合成模块；

阵列天线单元3、AD9361模块、FPGA数字逻辑处理模块分别与一主控模块连接，主控模块配置有时钟模块。

本发明型装置包括圆顶1和圆柱2组合的天线本体、阵列天线单元3、AD9361模块、主控模块、时钟模块、FPGA数字逻辑处理模块以及运行于服务器的数字波束合成模块（DBF）。系统工程在设计时，充分考虑了现有球形DBF的不足，即在低仰角时天线增益受限，因此通过反复设计工程验证，在圆顶形天线单元下半部加入一段与半球形相同直径的圆柱面，使圆柱面上均匀分布阵列单元，这样一来既能保证360°全空域覆盖，又能保证系统工作在低仰角时，接收系统具有较高的天线增益。同时通过加入DBF模块，可以灵活实现接收单个或者同时多个波束形成，保证系统可以同时对多个探测目标的跟踪。另外，由于DBF天线阵列单元数量通常在几百甚至上千个，因此其处理的数据量会非常大，为此本系统设计时采用高速光纤数字接口进行数据传输，同时将DBF模块设计运行于服务器上，这样能够实时处理Gbps级的数据。

可选的，一种基于AD9361的车载圆柱组合圆顶形的DBF数字阵列天线，圆顶1和圆柱2之间通过螺钉固定。圆柱2底部设置有散热口4和散热风扇5。阵列天线单元3的连接线缆6由圆柱2底部引出。圆顶1和圆柱2尺寸相同，使得其对接处顺滑连接。

可选的，一种基于AD9361的车载圆柱组合圆顶形的DBF数字阵列天线，FPGA数字逻辑处理模块与数字波束合成模块之间通过高速数字光纤接口连接完成数据传输。

参考图2所示，可选的，一种基于AD9361的车载圆柱组合圆顶形的DBF数字阵列天线，阵列天线单元3包括天线阵、R组件和本振和校准功分网络，天线阵、R组件、本振和校准功分网络顺次连接，本振和校准功分网络连接至AD9361模块。

为简化接收系统前端射频链路、降低系统设计成本，通过选用高集成度、捷变收发器AD9361实现。AD9361内部集成了双通道收发变频器、滤波器、小数分频锁相环、可变增益放大器、数字-模拟转换器（DAC）、模拟-数字转换器（ADC）等。这样一来，将原来众多的分立器件全部集成到了一片集成电路（IC）芯片里面，大大降低了系统设计难度，提高了系统集成度。

系统工作时能够实现探测的大空域、宽角度接收，可以形成一个或同时多个波束，包括接收模式和校准模式。工作于接收模式时，天线单元接收到信号后，通过耦合器的直通端进入放大滤波R组件，放大滤波组件将接收到的信号进行放大和滤波，然后送入AD9361模块进行变频频谱搬移，最后通过FPGA数字逻辑处理模块进行数据采集输出送给DBF后端模块。工作于校准模式时，校准信号通过校准功分器网络输入口进入功分器后输入耦合器，通过耦合将信号传输给放大滤波R组件，耦合信号通过接收通道的放大滤波组件、AD9361模块等，进入信号处理单元，结合初始测量获得的天线单元幅相特性、校准网络幅相特性及各天线单元位置等信息，完成接收通道的幅相校准处理。

本发明设计的圆柱组合圆顶形的DBF天线结构由于其具有球面结构的对称性，通过阵列后端的数字信号处理算法实现不同天线波束间的快速切换，可以形成单个或同时多个波束，实现天线波束水平面0︒～360°、垂直面-20°～90°的波束覆盖。与传统方案相比，具有波束捷变的优势，与相控阵天线相比，由于球面的对称性，可以实现覆盖空域内方向图基本一致，解决了相控阵天线进行大角度扫描时天线方向图和轴比性能剧烈下降的缺点，因此此天线工程具有很好的工程应用前景。

本天线工程通过对圆柱组合圆顶形的天线增益仿真，其结果如下表所示。

由上表分析可知，在引入圆柱阵列天线单元后，有效解决了系统低仰角时，天线增益急剧下降的问题。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于AD9361的车载圆柱组合圆顶形的DBF数字阵列天线，其特征在于，包括：

圆顶（1）和圆柱（2）组合的天线本体，其中圆顶（1）位于圆柱（2）顶部，所述圆顶（1）和圆柱（2）的表面均匀设置有阵列天线单元（3）；

所述阵列天线单元（3）与AD9361模块连接，AD9361模块连接至FPGA数字逻辑处理模块，FPGA数字逻辑处理模块连接至数字波束合成模块；

所述阵列天线单元（3）、AD9361模块、FPGA数字逻辑处理模块分别与一主控模块连接，所述主控模块配置有时钟模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于AD9361的车载圆柱组合圆顶形的DBF数字阵列天线，其特征在于，所述圆顶（1）和圆柱（2）之间通过螺钉固定。

3.根据权利要求2所述的一种基于AD9361的车载圆柱组合圆顶形的DBF数字阵列天线，其特征在于，所述圆柱（2）底部设置有散热口（4）和散热风扇（5）。

4.根据权利要求3所述的一种基于AD9361的车载圆柱组合圆顶形的DBF数字阵列天线，其特征在于，所述阵列天线单元（3）的连接线缆（6）由圆柱（2）底部引出。

5.根据权利要求4所述的一种基于AD9361的车载圆柱组合圆顶形的DBF数字阵列天线，其特征在于，所述圆顶（1）和圆柱（2）尺寸相同，使得其对接处顺滑连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于AD9361的车载圆柱组合圆顶形的DBF数字阵列天线，其特征在于，所述FPGA数字逻辑处理模块与数字波束合成模块之间通过高速数字光纤接口连接完成数据传输。

7.根据权利要求6所述的一种基于AD9361的车载圆柱组合圆顶形的DBF数字阵列天线，其特征在于，所述阵列天线单元（3）包括天线阵、R组件和本振和校准功分网络，所述天线阵、R组件、本振和校准功分网络顺次连接，所述本振和校准功分网络连接至AD9361模块。

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